转贴大疆无人机官方论坛：无刷云台普及介绍
本帖最后由 190808149 于 2016-9-30 15:09 编辑发帖之前，首先感谢广大模友对我之前 《无人机动力简析》帖子的支持与关注，后面如果我有新的折（yan）腾(jiu)进展，还是会第一时间在这里和大家进行分享。今天我们就简单的谈一谈无刷云台。首先呢，因为这篇帖子要涉及市面上很多的云台产品，所以，万一有什么说错的，不要拿刀砍我，大哥，有话好说。其次呢，。。。。。好吧，先开始吧。另外呢，我的发帖风格不适合转载。。。。
说到无刷云台，大家都是内行人，我就不多介绍了，通常就是运用云台底部姿态传感器将姿态读出，再与飞控或云台主控传感器的姿态角进行对比，以得出各个轴需要修正的角度，再通过输出pwm信号，使无刷电机迅速做出修正的动作，从而使相机时刻保持水平（默认水平轴，初始无主观倾斜）。在2012年9月份，DJI第一款三轴无刷云台z15发布，开启了国内航拍无刷云台的新篇章，也奠定了一个行业标杆。至今市面上大多的三轴无刷，或多或少都还有它的影子。（是不是想起了海天和X-cam）其实x-cam140是小编入手的第一台无刷云台，看着它我就想起了整整两个月的红烧牛肉面啊，别想多，是康师傅的。
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不过呢，当时的航拍还不是很火爆，所以他的发布并没有太多人关注，其前期销量也是比较一般的（相比现在），不过到了2013年10月份之后，神栏目《爸爸去哪儿》第一期的播出，s800搭载着z15-5n以出色的稳定性，廉价航拍成本，迅速成了模型界影视界热议的话题，这时候航拍无刷云台的概念与其实用性便开始深入人心，国人出神入化的模仿能力和敏锐的商业感知，也就都开始做无刷云台，那么问题来了，技术哪里来？—俄罗斯毛子！一时间，毛子的BGC板子因为是开源，便广泛被国人运用，说白了，大多就是设计好外观，加上一套BGC的无刷系统板子，简单调试（甚至不提供调试）就以千元以上不到四千的价格作为商品卖到了客户手中。相比z15，可是便宜得太多了，小编当年也是毛子BGC系统的忠实粉丝。曾经为了追求云台的稳定，熬夜调云台的举手！！！
当然，在视频要求不高的前提下，一套普通的三轴云台加上一台1080p的相机，也就基本满足屌丝级别的航拍了，实在不能理解，为什么商业云台要卖这么贵，到底他们的无刷云台牛逼在哪儿了？然而，这时候某度也推出了它的云台系列产品，从z1400到z2000以至于最后的z6000，价格那是一山更比一山高! 简直就是杀猪啊，有木有！要吃多久的红烧牛肉面才能买得起。
然而，小编用着我的X-CAM云台的时候，就会觉得画面要求如果稍微高些，那么可以看出很多的问题，打电话咨询卖家，一般答复就是“三千来块钱的云台，效果也就这样”，或者，顶多就是给你远程指导一下，怎么去调参。最经典的问题，用过的都知道，歪脖子，无药可治，+10086。后面小编实在没办法，又开始吃牛肉面了，这时候听朋友说有一款叫做1987的云台，效果不错，三轴挂微单，还是有模有样的，后面还可以改滑环，360度转呢。
调云台PID是条不归路，以至于我现在看到云台胃里就是红烧牛肉面在奔腾，1987，说白了也是BGC的板子，最经典的BGC，调试不算特别复杂，效果嘛，始终还是就那样，飞机动作稍微大一点，云台就耐不住了。不过因为毕竟是三轴，在配合云台手做一些刷锅动作，画面还是能看的，不过航拍，终究还是会进阶到用商品云台的。最终我还是接触到了DXXz15，ZXXXz1400从而对其有了更深入的了解，也让我今天写这篇帖子有了实际的操作依据。
扯了那么多红烧牛肉面，下面我们真正开始接触到正题了，无刷云台的闭环控制与开环控制！注意：是环，不是源！（当然，这两个也有一定技术层面的关系）
下面我就跟大家分享一下，关于什么是闭环控制，闭环控制是根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式，它是在测量出实际与计划发生偏差时，按定额或标准来进行纠正的。闭环控制，从输出量变化取出控制信号作为比较量反馈给输入端控制输入量，一般这个取出量和输入量相位相反，所以叫负反馈控制，自动控制通常是闭环控制。说白了，云台电机是带反馈的，可以将实际输出的信息及时反馈给控制系统，从而更加精准的控制。
作为一个理工科的屌丝本科生，以下皆为自己摸索，万一说错，请大神及时纠正！闭环控制优点：（一） 支持一键回中RESET，能迅速找到自己的相对偏移位置，精准的进行修正，运动过程中，对于锁定好的相对位置，锁定非常准，不会出现飞航线的时候，轻微的左右晃动型漂移。
（二） 动态PID调节，随时反馈出实时的角度偏移，对于不同的偏移角度，可以输出不同的P值。因此DJI手持云台会有ST模式，分为跟随速度，死区，加速度，其实这就是因为PID是动态，才能达到的效果，另外死区，就是说我可以设置在跟随模式下，在手轻微晃动偏移某个角度的时候不做修正补偿，这必须依赖精准的角度反馈传感器。
缺点嘛，应该就是成本比较高，维护需要专人维护，因为一旦传感器位置发生偏移，就必须要重新标定！
所以，闭环控制的云台，尤其是电机部分，切勿自己拆开。不过要是炸鸡的那种，你可以拆着玩玩。。。。。记得发图直播。
相比开环控制，你应该就可以懂了吧，因为开环根本不可能支持回中的，另外，动态PID相比自己在那边一个一个的调，调好了有可能客观条件稍微变化一点，又要重新调，而且还没那么精确有效，对于商业航拍来说，很多镜头客户不可能等你来第二遍的。
都说到动态PID了，那就再啰嗦几句，动态PID可以说是一套接近全智能的电子神经网络，它应该是由一系列的组合数组组成，与您改的感度是呈现的线性关系。商业的做某个产品和开源的不一样，他们需要严格的建模模拟，或者说对于一个云台，或者飞控，他们的电机都要在软件里面建好一台模型，从而模拟出各种不同的工作状态下，他们所表现出来的不同性能。商业产品在设计研发的时候考虑的情形非常多，所以他们都会有一套非常复杂的矩阵，或者数学公式，与先前的PID矩阵相乘又能达到一个范围值，这个范围就是模拟出各种不同的工作环境。
既然都已经聊到这儿了，那我们不妨再深挖一点，从伺服控制的角度分析，闭环编码器主要分为两种，增量型和绝对值型，增量型呢，最大的特点就是需要校准，每次启动需要回归中位校准，还记得打印机启动的时候吧，总是先噼里啪啦的先运行一下，那应该就是增量型控制，他在进行一系列的校准，然后就可以待命了。绝对值型呢，对于传感器的要求非常高，每一个角度都有一个独特的编码，开启不需要校准，直接可以启动，而且精度更高。
那么我们就首先想到的是精灵和小悟了，开启的时候云台先是ROLL\PITCH\PAN（开源里面叫做YAW）三个轴摇摇摆摆进行一系列自检，我想这个过程就是在校准编码器，从最低值到最高值，最后再回中，锁定（另外该过程也是在同步的校准云台上的惯性测量单元IMU）。
所以很多人反馈自检不能通过，那么云台必然是无法正常工作的，由此可以初步判断，小悟和精灵还有z15系列云台，应该都是增量型伺服控制。那么问题又来了，我似乎发展如影和OSMO好像开机没有自检啊，难道他们是绝对值型？还是有更牛逼的算法，不需要校准编码器器直接使用？这个天知道。。。。。。有待大神补充。
提到编码器，我们再YY一下，一直有外界传言说某疆用的是光电编码器，科普一下，光电编码器，通常就是利用一束激光发射器与一个光电传感器中间夹着一个可以转动的刻有精细刻度的光栅码盘，不了解的可以看图。图为有刷直流电机上用的最简单的光栅码盘，不要以为它是刹车片。http://bbs22.djicdn.com/data/attachment/forum/201512/23/101200zqt4ryrr4ra44ib1.jpg@!778w
原理图如下，当然，假设是云台里面的，我想应该复杂的多。
http://bbs22.djicdn.com/data/attachment/forum/201512/23/101304qrw9nzedhxrvxwnv.jpg@!778w
开始我也相信了，不过我后来想想，好像又有问题的，光电码盘不需要校准的呀，小悟云台开机摇头摆尾，那校准又作何解释？而且光电码盘似乎也没有一个恒定的中位一说。这样想，这种流传也就不攻自破了。 我曾经跨过山和大海，也穿过人山人海，让我百撕不得骑姐，最终，我突然想到，会不会是磁传感？或许我只需要锁定住一个或者多个磁感应点，靠增量的夹角运算对云台进行控制，那么不是也可以吗？
假定传感器初值在1位置，云台发生ß角度的偏移，到了位置2，那么编码器会迅速的反馈出该角度的变化，从运算逻辑上来说，因为是磁传感器，本身就是无法分辨正角度或者负角度，那么我们只要在发生偏移的时候往任意一个角度发出一个轻微旋转信号，如果检测到ß角度变小，那么我们立即按照原定的方向进行回中，如果ß角度变大，那么就立即反向回中，这样想，磁传感是符合之前的推断的。http://bbs44.djicdn.com/data/attachment/forum/201512/23/101556fzq19q91mmq6mli7.jpg@!778w
所以呢，一款云台的从设计到生产并不是那么简单的，其技术含量必然跟DIY的产品不能在同一水平的。
不过呢，以上大多内容是我的推测，理论终究是我们本科生的强项，要实际运用还是要靠更高学历的人才去完成的。
关于呢，云台的保养和使用，我们下期分享。
作者最后补充：
精灵三advance与pro版本的云台相机套件可以互换，刷对方的固件就可以使用，P3A装4K相机套件只需要刷p3p的固件就可以拍4K。
你说的2.7k相机，如果是P3S的原装相机套装，与p3p是不兼容的，如果是升级之后的P3A相机套，直接装上，刷成P3A的最新固件就可以用。
再补充一下，相机只是采集图像信号是模拟信号，板子起到对信号的编码功能（增稳控制就不说了），转换成数字信号发给高清图传。你用4k的板子装上机器，是可以拍4K视频的，但是4k的处理需要散热，你如果2.7K的相机组件要装4K 的板子，可能需要改装板子上面那边的结构。
仅凭模友之间相互摸索，万一说错，不要见笑。
网友感叹：我一直看完了整贴，大神真多啊，楼主是一个真正的钻研（专业）高手，80年代的理工只能感觉到一点点了，汗。再说一句，楼主必将是学习非常好且有韧劲的好飞友，这里需要你这样的，我们进步才会更快。
作者继续：最近比较忙，简单再更新一部分内容吧，关于云台的保养知识。还有一些云台的脆弱部位的讲解（以我手头有的A7为例）。我曾经在qq群里看到一些模友说到冬天云台出现的各种各样的问题，尤其是北方的模友，一到冬天又是果冻又是震动，甚至有些不工作。各种困扰，不过也没办法，大多电子原件工作的温度不会低于零下十度，而电池，基本上温度零下性能就已经严重告警了。而云台，又必须的在空中，还要被寒风吹，又不能加保护措施，确实比较头疼。怎么办呢？这个我还真没办法，人类在大自然面前是微小的。。。。不过果冻的问题（尤其是精灵3和小悟），冬天很大的原因，减震球嘛，多备几个喽，不行就换吧，本身减震球也是损耗品，再加上给它一冻，可能就不行了。
说到冬天飞行的问题，还是三点，起飞前预热，起飞后低空悬停一分钟，正常飞行不要猛打杆。这样可以大大减少因为电池问题导致炸鸡的事件发生。锂电池的内阻是跟温度有很大影响的。。。。。具体详见DJI微信订阅号内容《三步让你摆脱低温飞行的烦恼》。
说到保养，这里我要开始BB了，云台相对于动力来说，显得要明显脆弱的多，机架动力有时候小嗑小碰还可以正常，但是云台，一不小心就有可能磕坏IMU，很多人纳闷，IMU不是飞控上面的嘛，其实云台也有，IMU（惯性测量单元）一般包含陀螺仪，加速度计，气压计，一般与相机呈水平或者垂直，工作过程中随时检测相机框的姿态角，如果没有IMU，云台怎么工作呢？那么问题就来了，大多数云台的imu设置在相机框的底板，比如A7或者GH4还有5D系列之类的，外观嘛，一个四四方方的小扁盒子，一般是在相机下面靠近镜头的一端。当然也有例外的比如z15-N系列就是个立方体盒子在相机的后侧，如果有人拆开过的话，可能会发现，它跟飞控的IMU外观差不多。不过像某度的z1400就是在相机前部靠近手柄处的一个盒子里面，与底部垂直。云台的imu安装和飞控有不一样，我拆开过很多，都没有减震，因此就特别害怕外力撞击。有些人云台放桌子上，再不小心掉落到地上，也许没有任何受伤，但是再上电就会漂移了。基本上可以说是IMU已经出问题了。所以，千万要保护好IMU。 http://bbs44.djicdn.com/data/attachment/forum/201601/06/084549ex1x9o1xif622h1w.jpg@!778w 9)G}ALQ[{]NVH_WK0_8XRC7.jpg (97.1 KB, 下载次数: 0)
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2016-1-6 08:45 上传
云台底部除了IMU还有一个小模块，形状不是很规则，那个是HDMI模块，一般正常工作接高清是绿灯闪，接AV是黄灯闪。没什么说的，很多人没有图传先检查这里，关于如何保养嘛，因为出来线比较多，有三根，尽量的去保护线材，不要拉扯，虽然核心电路表面都有覆盖保护漆，但是依然不能防止进水或者带有腐蚀性的液体，这让我想起了阳江的可乐哥“我就滴了一滴可乐嘛”，我擦，这么牛逼，居然能把可乐给滴进去。像杀精水这么强大饮料，滴进去基本都会有化学反应的，通常就是氧化腐蚀。所以对于空气潮湿度大的地区，或者海边湖边使用的朋友，我建议还是买个航空铝包装箱子，也可以买塑料的随便你喽，里面用海绵挖好模，防止运输过程撞击，最好加一两包干燥剂（吸水），旺旺雪饼里面就有的。最大程度保护云台。电子产品的使用寿命更大程度是看各人的具体使用和保护。
再简单的分享一些吧，关于云台使用的问题，之前有个朋友一直问我云台打杆联动比较严重，刚开始我也不是很清楚原因，摸索了一段时间，后来发现他是Y轴没有调平衡，（脑补一下，R轴是ROLL横滚轴，P轴为PITCH俯仰轴，Y轴YAW平移轴）
可能很多人都曾经范过这样的错误，只是注意到P轴和R轴的平衡，相机放着水平，换个角度也能差不多定住，也就OK了，难道Y轴也需要调吗？答案是肯定的，如何判断Y轴不平衡，很简单，调完平衡之后将云台装上飞机，然后侧倾飞机，如果云台Y轴立即旋转过来了，恭喜你，Y轴不平衡，调节方法嘛，也就是Y轴滑环下面的那一部分，一般是六颗螺丝固定的，拧松之后前后可以滑动，调节相机框部分和后面R轴电机部分的前后平衡的。如果不平衡在空中出现打杆联动很正常。不管怎么说，调节好平衡可以解决掉云台大部分的问题。对于DJI的云台来说还好些，因为大部分都是固定的相机，固定的镜头，一般出场都是调节好的，优点嘛，客户拿到手不需要太多折腾了，基本上是到手飞，对于影视用户不想太多动手折腾的来说是非常有优势的，缺点嘛，升级了相机基本上就要升级云台了。而某度的z1400,相对来说可能支持的相机多一些，从GH234还有A7系列几乎通吃，（不要说gh2不行，我就是装的GH2)比较考验调平的基本功，不过问题也有，就是太特码重了，北方的企业嘛，太实在了，全部都是铝合金的，相比来说续航就短了好多，主要是炸鸡炸不起呀，DJI的横臂是管子，Z1400可是铝合金臂呀，看似结实，一炸必换，然并卵的设计有木有。好啦，不说这个了，心疼。
----帖子结束，搬运工吐槽，搬运工的梦想是用舵机做个3轴云台可以给无人机用，也可以给机器人用，但来到无人机社区才知道，做个云台多难呀，我等地面上跑的创客用的机器人舵机，在无人机领域完全没人用。人家都是玩无刷电机。
搬运工这回土了吧。所以，得好好学习，无人机领域的配件，费用大笔大笔的，等着搬运工去烧钱。
我是新来的，看完了没懂。 无刷云台式个大坑，最后都得回到商业
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